Идентификация восприимчивых к SARS-CoV-2 клеток, экспрессирующих GFAP, с использованием нейронных клеток человека, полученных из iPSC

Как вирус COVID-19 может добраться до клеток мозга

Многие пациенты с COVID-19 жалуются на головные боли, потерю обоняния, спутанность сознания или затяжной «мозговой туман». Эти симптомы указывают на то, что вирус, вызывающий COVID-19 — SARS-CoV-2 — в некоторых случаях может поражать мозг. Однако было сложно выяснить, какие именно клетки мозга подвержены риску и каким путем вирус проникает. В этом исследовании создана быстрая, основанная на человеческих клетках лабораторная модель ткани мозга, чтобы ответить на простой, но важный вопрос: какие клетки мозга наиболее уязвимы к SARS-CoV-2 и что может объяснить эту уязвимость?

Создание мини‑листа клеток мозга в чашке Петри

Исследователи начали с индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (iPSC) — взрослых клеток, перепрограммированных в гибкое, эмбрионоподобное состояние. С помощью пошаговой «рецептуры» факторов роста и питательных веществ они стимулировали эти клетки за всего две недели к созреванию в плоский, двумерный слой клеток, похожих на мозговую ткань. Тщательное «генетическое отпечатковое» профилирование на уровне отдельных клеток показало, что этот лист содержит смесь типов клеток, обычно встречающихся в наружном слое мозга, включая несколько типов нейронов и вспомогательных клеток. Поразительно, что разнообразие типов клеток после всего 14 дней напоминало состав более старых трехмерных мозговых органоидов, которые обычно растят в течение многих месяцев.

Сопоставление быстрой модели с комплексными мозговыми органоидами

Чтобы оценить реалистичность новой системы, команда сравнила паттерны активности генов в ней с данными по ранее опубликованным мозговым органоидам, выращенным в течение шести и десяти месяцев. Обе системы содержали многие из тех же основных групп клеток, такие как радиальная глия (незрелые поддерживающие клетки), возбуждающие и тормозящие нейроны и ранние стадии нейронов. Одно ключевое отличие заключалось в том, что быстрая 2D‑модель содержала больше интернейронов и астроцитов — типа звездчатых вспомогательных клеток — по сравнению со старшими органоидами. Эта компенсация указывает на то, что хотя 2D‑культуры лишены полной 3D‑архитектуры ткани мозга, они воспроизводят богатое разнообразие клеточных идентичностей за долю времени, что делает их особенно полезными для быстрых исследований во время вспышек заболеваний.

Отслеживание, какие клетки мозга предпочитает вирус

Затем команда подвергла эти смешанные культуры мозговых клеток воздействию различных штаммов SARS‑CoV‑2, включая исходный уханьский вирус и вариант Alpha, и наблюдала за развитием событий в течение следующих трех дней. Вирус мог инфицировать 2D‑нейронные культуры и производить новые вирусные частицы, тогда как широко используемая линия нервных клеток SH‑SY5Y не поддерживала инфекцию. Хотя признаков инфекции наблюдалось менее чем у 2 процентов клеток, количество вируса, выделяемого в культуру, было значительным. При окраске на вирусные белки вместе с маркерами разных типов мозговых клеток выяснилось, что инфекция в основном локализуется в клетках, синтезирующих белок GFAP, характерный для клеток, похожих на астроциты, а не в нейронах.

Поиск «вирусной двери» на астроцитах

SARS‑CoV‑2 обычно проникает в клетки, связываясь с белком ACE2, часто при помощи других факторов на поверхности клетки. Удивительно, но при измерении уровня ACE2 и связанных факторов в культе в целом их количество оказалось очень низким, и различий между восприимчивыми 2D‑клетками мозга и резистентными SH‑SY5Y не выявилось. Только около 2 процентов клеток показывали детектируемый белок ACE2, и эти клетки не совпадали с GFAP‑положительными клетками, похожими на астроциты. Чтобы получить яснее картину, исследователи вернулись к данным по генам отдельных клеток и проанализировали более широкий набор кандидатов на роль рецепторов вхождения. Здесь кластеры астроцитов выделялись значительно более высоким уровнем гена BSG, кодирующего поверхностный белок CD147, а также HSPA5, еще одного предполагаемого помощника для вирусного вхождения. Такая картина наводит на мысль, что по крайней мере в этой модели SARS‑CoV‑2 может использовать альтернативные «двери» на клетках, похожих на астроциты, а не полагаться только на ACE2.

Что это значит для мозга и COVID‑19

В этой упрощенной человеческой модели мозговых клеток SARS‑CoV‑2 может инфицировать клетки, но преимущественно поражает астроцитоподобные клетки с высоким уровнем BSG, в то время как большинство нейронов остается нетронутым и при этом не наблюдается сильной, повсеместной воспалительной реакции. Для неспециалистов ключевая мысль такова: вирус, по-видимому, способен достигать и инфицировать определенные вспомогательные клетки мозга, и альтернативный поверхностный белок CD147 (кодируемый геном BSG) может служить «дверью» для проникновения. Модель пока не воспроизводит все особенности живого мозга, такие как кровеносные сосуды или клетки иммунной системы, но предоставляет быстрый и правдоподобный способ изучить, как COVID‑19 может нарушать функции мозга, и протестировать гипотезы о длительных неврологических последствиях и синдромах пост‑COVID.

Цитирование: Asavapanumas, N., Chaiwijit, P., Suksatu, A. et al. Identifying GFAP-expressing cell susceptibility to SARS-CoV-2 infection using human iPSC-derived neural cells. Sci Rep 16, 10433 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41177-z

Ключевые слова: COVID-19 и мозг, нейротропность SARS-CoV-2, астроциты, мозговые органоиды и iPSC, рецепторы вирусного вхождения